Metodi numerici per la definizione e soluzione di modelli probabilistici complessi per l’ingegneria della manutenzione.

Negli ultimi anni, lo scenario di crescente competizione su cui si affaccia il mercato ha spinto le aziende a interessarsi sempre più frequentemente all’ingegneria della manutenzione, allo scopo di avvalersi di tecniche che permettano di pianificare strategie di manutenzione per i sistemi produttivi che siano efficaci nel minimizzare i costi di gestione garantendo prestazioni e livelli di sicurezza elevati. Le tecniche analitiche tipiche dell’ingegneria della manutenzione sono nate in settori industriali che richiedono elevati livelli di progresso tecnologico (aeronautico, nucleare), e si basano su ipotesi specifiche stringenti, che risultano limitanti nel panorama sempre più vasto ed eterogeneo in cui ne si richiede l’applicazione. D’altra parte, la rimozione di tali ipotesi rende necessario il ricorso a tecniche di risoluzione numeriche. In questa tesi si definisce un nuovo modello che permetta di caratterizzare un sistema di produzione tenendo conto di tutti i possibili aspetti di interesse nell’ambito dell’ingegneria della manutenzione. Inoltre, sono descritti gli algoritmi definiti per la risoluzione di tale modello.

Caratterizzazione dopo invecchiamento termico e igroscopico di compositi FRP realizzati con differenti resine epossidiche

L'elaborato tratta, inizialmente, delle generalità dei materiali compositi, facendo particolare riferimento agli elementi che contraddistinguono i materiali protagonisti di questa campagna sperimentale (resine epossidiche, fibre, IMR, binder). Successivamente si passa alla trattazione delle varie tecniche usate per produrre un componente in materiale composito, soffermandosi maggiormente sulla tecnica dell’HP-RTM. Inoltre, poichè nell’elaborazione dei risultati ottenuti sono utilizzati curve gaussiane e istogrammi, è inserito un capitolo con informazioni generali sulla statistica e sulle principali distribuzioni di probabilità. Sono, infine, elencati e spiegati i vari materiali utilizzati, con le varie apparecchiature e i due metodi di invecchiamento, igroscopico e termico.

Un sistema di geolocalizzazione basato su geomagnetismo

La geolocalizzazione è l’insieme di metodi e tecniche che permette di mettere in relazione una certa informazione con un punto specifico della superficie terrestre. Il punto è generalmente indicato in maniera assoluta tramite coordinate latitudinali e longitudinali, oppure in maniera relativa ad altri punti noti. Nello specifico il concetto di geolocalizzazione enfatizza l’aspetto dinamico, riferendosi ad informazioni in tempo reale relative alla posizione, direzione e velocità del soggetto analizzato, e la conseguente analisi di percorso e comportamento. Tutto questo rende possibile la realizzazione di un sistema di localizzazione efficiente. La geolocalizzazione è considerata tra i più rivoluzionari campi di sviluppo in ambito sociale ed economico, pur avendo potenziali problemi legati alla privacy e libertà individuale di non semplice soluzione. In particolare è di interesse di ricerca e in ambito di commercio trovare un sistema di localizzazione adeguato non solo per l’esterno ma anche per situazioni indoor. In questa tesi verranno analizzati i vari metodi di posizionamento fino ad oggi studiati, sia indoor che outdoor per arrivare a proporre un sistema di localizzazione indoor basato su geomagnetismo dell’ambiente. Nel primo capitolo il documento presenta una riflessione storica sull’evoluzione del concetto di localizzazione, partendo dai primi tentativi di navigazione, fino ad arrivare ai più moderni sistemi tecnologici. Vedremo quindi nello specifico quali sono gli ultimi studi e tecnologie per un sistema di localizzazione indoor, concentrandosi sull’analisi dei vantaggi offerti da nuovi dispositivi con gli smartphones. Infine verrà descritto nel dettaglio il lavoro effettuato per la realizzazione di un prototipo di sistema di localizzazione indoor basato su geomagnetismo in sede aziendale GetConnected, dove si è svolta l’attività di tesi, e presso un grosso centro commerciale come caso d’uso pratico.

Sviluppo di un sistema integrato per rampe isocrone di temperatura

Lo scopo del presente lavoro è la realizzazione e l'ottimizzazione di un software che, tramite l'utilizzo di un controllo automatico Proporzionale-Integrativo-Derivativo: PID, gestisca la temperatura di un fornetto in camera a vuoto. È necessario che il sistema sia in grado di eseguire rampe regolari di temperatura di diversa pendenza scelta dall'utente, in modo che possa essere utilizzato in futuro per esperimenti di Desorbimento Termico da parte di vari materiali. La tesi è così suddivisa, nel primo capitolo sono illustrati i concetti teorici di base utilizzati nello sviluppo dei controlli automatici. Nel secondo capitolo è descritta la parte hardware: sono mostrate le diverse sezioni che compongono il fornetto e la camera a vuoto, è inoltre illustrato il cablaggio che permette l'interfaccia del forno alla scheda Arduino ed al software LabVIEW. La terza sezione è dedicata agli studi svolti per la realizzazione del sistema di controllo PID e per la sua ottimizzazione. Il quarto capitolo è invece dedicato alla descrizione del software creato per la gestione del fornetto. Nel quinto capitolo sono infine mostrati i metodi utilizzati per il calcolo delle costanti operative del PID ed i risultati sperimentali ottenuti.

Problema di Cauchy-Dirichlet per l'equazione del calore

In quest'elaborato si risolve il problema di Cauchy-Dirichlet per l'equazione del calore, prendendo come oggetto d'esame una sbarra omogenea. Nel primo capitolo si studiano le serie di Fourier reali a partire dalle serie trigonometriche; vengono dati, poi, i principali risultati di convergenza puntuale, uniforme ed in L^2 e si discute l'integrabilità termine a termine di una serie di Fourier. Il secondo capitolo tratta la convergenza secondo Cesàro, le serie di Fejèr ed i principali risultati di convergenza di queste ultime. Nel terzo, ed ultimo, capitolo si risolve il Problema di Cauchy-Dirichlet, distinguendo i casi in cui il dato iniziale sia di classe C^1 o solo continuo; nel secondo caso si propone una risoluzione basata sulle serie di Fejér e sul concetto di barriera ed una utilizzando il nucleo di Green per l'equazione del calore.

Sviluppo di un framework per l'automazione dei test al banco e la prototipazione di algoritmi di controllo di motori a combustione interna

Negli ultimi anni, i limiti sempre più stringenti sulle emissioni inquinanti dei gas di scarico, hanno portato ad un notevole aumento della complessità dei motori a combustione interna. Questa complicazione determina un aumento esponenziale del numero di test da effettuare nella sala prova. I metodi tipici di gestione dei test non possono più essere utilizzati, ma è essenziale creare un sistema che ottimizzi le prove. Per ridurre drasticamente il tempo di esecuzione, è necessario implementare un'architettura in grado di facilitare lo scambio di dati tra i sistemi presenti nella sala prova, e, in aggiunta, definire le strategie di automazione dei test. L'approccio a taluni metodi si presenta ancora complicato in molti gruppi di sviluppo di strategie di controllo motore, anche se, una volta sviluppati, portano e a grandi benefici durante la fase di test. Il lavoro illustra i metodi implementati per la gestione di queste strategie. Prima si descrive l'approccio utilizzato nella calibrazione di anticipo di accensione per mantenere livelli accettabili di detonazione durante il processo di calibrazione. Successivamente è mostrato il sistema di automazione dei test che consente il pieno controllo del punto di funzionamento del motore, la gestione dell'acquisizione e la verifica della stabilità delle condizioni ottenute. L'ultima parte mostra sistemi di prototipazione rapida per la gestione di componenti innovatici del motore.

Previsione dell'evoluzione della microstruttura in processi industriali di estrusione delle leghe di alluminio serie AA6XXX

Nell’ambito di questa ricerca sono stati sviluppati modelli in grado di prevedere le dimensioni dei grani dopo il processo di estrusione di alcune leghe serie 6XXX, in particolare AA6060, AA6063 e AA6082. Alcuni modelli matematici proposti in letteratura sono stati presi in considerazione e implementati su Qform, codice FEM in grado di simulare processi di deformazione plastica. Sono state condotte diverse campagne sperimentali, tra cui una di visioplasticità necessaria per ottenere dati sperimentali che permettessero la validazione del Codice (modellazione dell’attrito, dello scambio termico, del flow stress del materiale). Altre prove di microestrusione ed estrusione inversa hanno fornito dati sperimentali che sono stati messi in correlazione con i risultati numerici di una serie di simulazioni. Infine è stata effettuata una campagna sperimentale di estrusione industriale a tutti gli effetti, ottenendo un profilo dalla geometria piuttosto complessa in lega AA6063, i dati ricavati hanno permesso : • la validazione di un modello unico di ricristallizzazione dinamica, • la valutazione di modelli per la predizione del comportamento durante recristallizzazione statica

Metodi di pirolisi analitica per la determinazione di microplastiche di polistirene in tessuti biologici

Nel presente lavoro di tesi sono presentati i primi risultati di un nuovo metodo basato sulla pirolisi analitica off-line per l’analisi quali-quantitativa di microplastiche di polistirene in tessuti biologici. I prodotti di pirolisi sono stati intrappolati testando due tecniche di campionamento, estrazione in fase solida (SPE) tramite cartucce adsorbenti e microestrazione in fase solida (SPME) tramite fibra adsorbente, per essere analizzati in gas cromatografia-spettrometria di massa. È stato testato un protocollo di pretrattamento della matrice biologica (digestione alcalina) ed estrazione con toluene prima di applicare la pirolisi analitica. Il pretrattamento della matrice biologica ha portato a dei buoni risultati garantendo un efficiente digestione dei tessuti biologici (> 97%). L’utilizzo del toluene come solvente di estrazione, ha permesso la separazione del polistirene dalla matrice biologica che poteva interferire nelle analisi. La pirolisi del polistirene genera cromatogrammi caratterizzati dalla presenza dello stirene come prodotto principale di degradazione. L’analisi quantitativa è stata condotta utilizzando il metodo dello standard interno e l’area del picco cromatografico dello stirene. Sono state determinate le principali caratteristiche delle tecniche SPE e SPME: precisione, linearità e recuperi. La tecnica SPE, presentando dei recuperi ed un grado di precisione più accettabili, è stata applicata a campioni di tessuti biologici provenienti da esperimenti in vivo di mitili esposti a basse concentrazioni di PS. I risultati delle analisi indicano la presenza di PS nei tessuti dei mitili a livelli del ug/g. Il metodo sviluppato presenta dati promettenti e potenzialità per monitorare l’inquinamento da PS nei tessuti biologici, tuttavia anche dei limiti che richiedono ulteriori indagini e miglioramenti in studi futuri.

Valutazione delle potenzialità dell'iniezione d'acqua nei motori GDI di ultima generazione

L'industria automobilistica sta assistendo ad un importante cambiamento verso motorizzazioni con cilindrata unitaria minore, turbocompressi, e con iniezione diretta in camera, a causa delle normative sempre più stringenti sull'emissione di inquinanti allo scarico, inclusa la CO2 per ragioni legate all'effetto serra ed al contenimento dei consumi di fonti energetiche non rinnovabili. I motori turbocompressi lavorano con una pressione media effettiva maggiore, con conseguenti maggiori pressioni e temperature in camera, che di fatto aumentano il rischio di insorgenza di eventi di combustione anomale come pre-accensione e detonazione. Questo porta ad utilizzare il motore con angoli sub-ottimali di anticipo di accensione e con arricchimento della miscela per diminuire le temperature dei gas in ingresso alla turbina. Queste strategie non sono più compatibili con le nuove regolamentazioni, in quanto superano i limiti imposti di emissioni e consumo specifico in cicli reali di utilizzo su strada. Tra le varie possibili soluzioni, l'iniezione d'acqua è una tecnologia già conosciuta, che permette un controllo della tendenza alla detonazione. Il principio consiste nella riduzione della temperatura della carica grazie all'elevato calore latente di vaporizzazione della massa d'acqua iniettata. In questo lavoro sono stati valutati entrambi i layout di iniezione d'acqua, nel condotto e in camera di combustione, in due punti motore: massima potenza e massima coppia. La metodica di ricerca è stata di tipo numerico tramite l'utilizzo di simulazioni tridimensionali CFD a partire da una metodologia basata su modelli fisici solidamente validati. Il software commerciale utilizzato è stato AVL FIRE, che permette di manipolare in modo agevole i risultati sia al suo interno, sia tramite ambienti di calcolo esterno.

Modelli variazionali convessi-nonconvessi per la ricostruzione di segnali bilivello corrotti da sfocamento e rumore: analisi e soluzione numerica.

In questa tesi abbiamo presentato/analizzato metodi variazionali allo stato dell’arte per la ricostruzione – ovvero, rimozione di sfocamento e rumore - di una classe specifica di segnali/immagini caratterizzati dal fatto di essere costanti a tratti e bilivello. Tali metodi ottengono la ricostruzione tramite la minimizzazione di un funzionale formato da due parti: un termine di fedeltà ai dati, la cui forma dipende dal tipo di rumore considerato, e un termine di regolarizzazione che codifica l’informazione a priori disponibile sul segnale da ricostruire (ad esempio, la sua regolarità). Per segnali costanti a tratti, è ben noto che il regolarizzatore deve avere la proprietà di promuovere la sparsità delle derivate prime del segnale. In particolare, molte proposte allo stato dell’arte sfruttano la pseudo-norma l0 o la norma l1 del gradiente, ossia la Variazione Totale (TV). La prima scelta è ottimale in linea teorica poiché promuove al meglio la sparsità, ma il funzionale è fortemente non convesso e i metodi numerici di minimizzazione possono convergere a soluzioni locali. Nel caso di TV si ha invece un problema convesso che garantisce la convergenza a minimi globali ma la qualità della soluzione è sub-ottima. Motivati da vantaggi/svantaggi di l0 ed l1, in questa tesi si è deciso di investigare (teoricamente e sperimentalmente) l’uso di modelli variazionali di tipo Convesso-NonConvesso (CNC). Questi utilizzano particolari regolarizzatori non convessi e parametrici che consentono da un lato di sparsificare meglio di l1, dall’altro di mantenere la convessità del funzionale così da presentare un unico punto di minimo. Tra i metodi CNC investigati, quello denominato GME-TV basato sul concetto di inviluppo di Moreau generalizzato ha prodotto ricostruzioni di qualità sempre migliore di TV e a volte, diremmo sorprendentemente, anche di l0. Questo rappresenta un risultato di particolare rilevanza scientifica nel campo della ricostruzione di segnali/immagini.

Simulazioni atomiche di canali ionici del potassio: limiti del Force Field AMBER nelle stime di conduttanza

Le simulazioni atomiche dei canali ionici del K+ mettono in evidenza una significativa inaccuratezza: i valori di conduttanza del canale stimati sono molto distanti dai valori sperimentali. Per tentare di migliorare le simulazioni e i loro risultati, è necessario modificare il modello di Force Field impiegato. Si è scelto di adottare il modello di Force Field AMBER, uno dei più utilizzati per simulazioni di molecole biologiche in dinamica molecolare, e di agire sui valori dei parametri di Lennard-Jones cercando un set di valori che permetta di minimizzare la distanza tra la conduttanza stimata e la conduttanza sperimentale delle soluzioni saline. L’analisi ha dimostrato che non è possibile riprodurre in modo quantitativo i valori sperimentali di conduttanza di soluzioni saline di Na+ e K+ in simulazioni atomiche basate su un modello di Force Field additivo.

Studio del processo di incisione laser su lastre in polietilene-tereftalato

Il presente elaborato si inserisce in un progetto di ricerca volto alla sostituzione del polistirene (PS) con il polietilene-tereftalato (PET) per la realizzazione di vasetti per yogurt, in formato singolo e multiplo, con l’obiettivo di ridurre l’impatto ambientale e allo stesso tempo aumentare le percentuali di riciclo del materiale utilizzato. La tenacità, caratteristica del PET, rende problematica l’incisione di quest’ultimo attraverso i classici sistemi meccanici utilizzati per il PS, per l’ottenimento di una rottura di tipo fragile in formati multipack. Al fine di ottenere una corretta incisione e una conseguente rottura fragile, per la separazione di due vasetti per yogurt adiacenti è stata focalizzata l’attenzione su tecnologie di taglio e incisione alternative a quella meccanica, più in particolare verso i sistemi efficienti, di taglio e incisione laser. In questo contesto, il progetto di tirocinio ha riguardato la caratterizzazione del processo di taglio e incisione laser di lastre di PET. In particolare, sono state effettuate analisi dinamometriche al fine di studiare il comportamento meccanico del PET e di confrontarlo con quello del PS, sono state condotte analisi di viscosità intrinseca e di spettroscopia infrarossa ATR-IR per verificare la presenza di un processo degradativo, in seguito al passaggio del laser sul materiale. Infine, sono stati caratterizzati alcuni prodotti di degradazione, appartenenti alla frazione pesante, mediante analisi NMR e ESI-MS, e sono stati eseguiti dei test di migrazione globale.

Analisi dinamica e verifica di un prototipo di macchina automatica per la realizzazione di batterie

Lo scopo di questa tesi è quello di verificare il corretto dimensionamento dei cuscinetti e delle guide lineari di un gruppo all’interno di una macchina automatica brevettata e realizzata da Manz Srl, azienda in collaborazione con la quale è stato svolto il progetto. La macchina automatica in esame è parte di una linea di produzione di batterie rettangolari a partire da nastri di materia prima e impiega l’innovativo processo di wound stacking. Per eseguire la verifica dei componenti è stato necessario effettuare una simulazione dinamica con il software MSC Adams, grazie al quale si sono potute calcolare le reazioni vincolari. In parallelo al modello Adams, è stato realizzato anche un modello MATLAB, con cui poter confrontare i risultati del software multibody per validarli. Stabiliti i periodi previsti di manutenzione della linea e un coefficiente di sicurezza richiesto, si sono individuati i componenti che non rispettavano le specifiche dei progettisti. Alla fine della tesi si propongono anche delle soluzioni per la sostituzione di alcuni componenti.

Progetto per la scuola di Design ai Prati di Caprara

Riqualificare gli spazi dimenticati della periferia bolognese significa confrontarsi con problematiche cittadine fino ad ora mai affrontate.L’area militare di Santa Viola rappresenta in pieno questa situazione e racchiude al suo interno un contesto completamente distaccato dal resto del quartiere, cristallizzato nel tempo a causa del suo muro di recinzione; intervenire in un contesto così distaccato dal contesto rappresenta una sfida per chiunque ci si voglia avvicinare. Le recenti proteste contro il disboscamento dell’area ovest dei Prati di Caprara e l’urbanizzazione intensiva di quest’ultima hanno fornito spunti importanti su quale fosse la strada migliore da perseguire. Il progetto propone la realizzazione di un nuovo complesso pubblico che diventi portavoce della relazione, al giorno d’oggi frammentato, fra centro abitato e le aree verdi che lo circondano, e lo fa attraverso una rete di percorsi ciclopedonali semplici, in stretta connessione con i nuovi sistemi di mobilità pubblica, in particolare la tramvia e la stazione ferroviaria previsti dal PUMS di Bologna. Col fine di portare nuova linfa vitale al quartiere, l’area diventerà un nuovo polmone verde fruibile dalla cittadinanza, ospitando al suo interno la nuova scuola di Design ed il museo della memoria per la strage del 2 agosto. Il grande spazio di carattere pubblico genera un corridoio verde che parte del parco fluviale e giunge in prossimità di Porta San Felice, congiungendo sia idealmente che fisicamente il nuovo polo attrattore del quartiere a quelli già presenti in zona: la fondazione MAST e l’Opificio Golinelli.Insieme collaborano per restituire una nuova immagine al quartiere Santa Viola, culturalmente attiva e strattamente connessa alla città storica.

Biomateriali per la somministrazione di vaccini per la terapia immuno-oncologica

Il cancro è una delle principali cause di morte al mondo. Nel 2019, solo negli Stati Uniti, i nuovi casi di cancro sono stati 1.762.450 con 606.880 decessi. Ad oggi, sono numerosi gli studi interdisciplinari in atto aventi come fine ultimo quello di trovare una cura per il cancro più efficiente ed efficace di quelle tradizionali. La seguente trattazione descrive una soluzione che coniuga le conoscenze mediche del campo immuno-terapico con quelle ingegneristiche del settore dei biomateriali. Nello specifico, vengono analizzati scaffold e nanoparticelle biomateriali utilizzati per la somministrazione di vaccini contro il cancro. Gli obiettivi principali, infatti, risultano essere il raggiungimento di una memoria immunitaria, per contrastare metastasi e ricadute, e la diminuzione degli effetti collaterali che i pazienti oncologici sono costretti a sopportare sottoponendosi alle terapie convenzionali. I risultati mostrano dati molto promettenti, poiché l’utilizzo combinato dei biomateriali con fattori caratterizzanti il sistema immunitario permette di ottenere vaccini somministrabili in maniera sicura, seppur le indagini cliniche per molte tipologie di cancro siano ancora in atto.